Una forma nueva y ecológica de convertir la luz azul en alta

Por Universidad de Kyushu 16 de febrero de 2023

Los rayos UVB tienen muchos usos hoy en día, pero requieren fuentes ineficientes y tóxicas para producirse. Un esfuerzo de colaboración entre la Universidad de Kyushu y la Universidad Johannes Gutenberg de Mainz desarrolló un sistema en el que la luz LED azul se convierte en luz UVB. Además, el sistema utiliza únicamente materiales orgánicos, lo que abre la puerta a un método más sostenible y ecológico de generar luz UVB. Crédito: Universidad de Kyushu

Un equipo internacional de Japón y Alemania ha creado un sistema que transforma la luz LED azul en luz ultravioleta B (UVB) de alta energía.

El nuevo sistema, que no depende de materiales tóxicos e ineficientes utilizados tradicionalmente para la producción de UVB, ofrece una solución más sostenible y respetuosa con el medio ambiente para las aplicaciones de UVB. Los hallazgos fueron publicados en la revista Angewandte Chemie.

Es difícil evitar hablar de la luz ultravioleta, especialmente durante el verano. Estos rayos de alta energía producidos por el sol están fuera del espectro de luz visible y son culpables bien conocidos de bronceados y quemaduras solares. La luz ultravioleta se subdivide en tres tipos según su longitud de onda: A, B y C. Los rayos UVA contienen la luz ultravioleta de onda larga que llega a la superficie de la Tierra, mientras que los rayos UVB y UVC de onda más corta son absorbidos principalmente por la capa de ozono.

Nonetheless, scientists have found that artificially produced UVB and UVC are useful in applications such as disinfection. UVB specifically has been applied in processes including photochemical reactions, detoxification of pollutants, and wastewater treatment. It is even used in the medical field in treatments for skin disorders such as eczemaEczema, also known as atopic dermatitis, is a chronic or recurrent inflammatory skin disease. Symptoms include itchy skin; dry cracked or scaly skin, and red or brownish patches of skin." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]">eccema y vitíligo.

Sin embargo, actualmente, generar UVB requiere fuentes como las lámparas de mercurio, que son ineficientes y tóxicas si se eliminan incorrectamente.

One way around this is to generate UVB by ‘upconverting’ the light produced by LEDs. Upconversion is a method in which a material absorbs two photons of light of lower energy and combines their energy to emit one photonA photon is a particle of light. It is the basic unit of light and other electromagnetic radiation, and is responsible for the electromagnetic force, one of the four fundamental forces of nature. Photons have no mass, but they do have energy and momentum. They travel at the speed of light in a vacuum, and can have different wavelengths, which correspond to different colors of light. Photons can also have different energies, which correspond to different frequencies of light." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]"> fotón de luz de mayor energía. El método suele realizarse utilizando una serie de materiales orgánicos.

A lo largo de los años, dos equipos de investigación en Japón y Alemania, dirigidos por Nobuhiro Yanai de la Escuela de Graduados en Ingeniería de la Universidad de Kyushu y Christoph Kerzig de la Universidad Johannes Gutenberg de Mainz, respectivamente, han estado trabajando en la evaluación de varios compuestos para convertir la luz azul de los LED en UV. luz.

“La longitud de onda de la luz LED azul es la más cercana en el espectro de luz visible a la luz ultravioleta. Hemos tenido éxito en convertir la luz LED azul de longitud de onda más larga en UVA de longitud de onda más corta. Entonces, nuestro siguiente paso fue encontrar compuestos que pudieran convertir la luz LED azul en UVB”, explica Yanai. "Con nuestros colaboradores en Mainz, construimos moléculas candidatas y comenzamos a evaluar sus características".

La colaboración fue un gran éxito, por decir lo menos. No solo pudieron desarrollar moléculas que convertían la luz LED azul en UVB, sino que también pudieron evitar el uso de metales pesados ​​que se utilizan tradicionalmente en tales procesos.

"Nuestras investigaciones muestran evidencia de una conversión ascendente de azul a UVB no reportada hasta ahora, que también es una vía para una producción más segura y sostenible de UVB", concluye Yanai. “Sin embargo, este primer sistema de conversión ascendente está basado en líquido y se basa en varias reacciones bimoleculares que obstaculizan su estabilidad y uso a largo plazo. Además, la tasa de conversión actual es de alrededor del 1%; naturalmente, nuestro próximo objetivo es aumentar la eficiencia mientras desarrollamos materiales reutilizables para aplicaciones versátiles”.

Referencia: “Conversión ascendente de azul a UVB, sensibilización a disolventes y activación de enlaces desafiantes habilitada por un aniquilador a base de benceno” por Till JB Zähringer, Julian A. Moghtader, Maria-Sophie Bertrams, Dr. Bibhisan Roy, Masanori Uji, Prof. Dr. Nobuhiro Yanai y Prof. Dr. Christoph Kerzig, 18 de noviembre de 2022, Angewandte Chemie.DOI: 10.1002/anie.202215340

El estudio fue financiado por la Fundación Alemana de Investigación, la Fundación Federal Alemana para el Medio Ambiente y la Sociedad Japonesa para la Promoción de la Ciencia.